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Novo catalisador permitiria produção estável de hidrogênio a partir de diesel comercial em futuros sistemas de células a combustível

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KAIST | Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul 

Data

segunda-feira, 12 setembro 2022 11:45

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Joongmyeon Bae e Dr. Kang Taek Lee, professores do Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul (KAIST) e também pelo Dr. Chan-Woo Lee, pesquisador do Instituto Coreano de Pesquisa Energética (KIER) anunciou o desenvolvimento bem sucedido de um catalisador de reforma altamente ativo e durável que permite a produção de hidrogênio a partir de diesel comercial.

A reforma de combustível é uma técnica de produção de hidrogênio que extrai hidrogênio de hidrocarbonetos por meio de reações catalíticas. O diesel, sendo um combustível líquido, possui alta densidade de armazenamento de hidrogênio e é fácil de transportar e armazenar. Portanto, tem havido esforços contínuos de pesquisa para aplicar sistemas de abastecimento de hidrogel usando reforma de diesel em células a combustível móveis, como para energia auxiliar em caminhões pesados ​​ou sistemas de propulsão independente do ar (AIP) em submarinos.

No entanto, o diesel é uma mistura de hidrocarbonetos elevados, incluindo parafina de cadeia longa, olefinas de dupla ligação e hidrocarbonetos aromáticos com grupos benzeno, e requer um catalisador altamente ativo para decompor seus componentes efetivamente. Além disso, o catalisador deve ser extremamente durável contra calafetagem e sinterização, pois muitas vezes estas são as principais causas da degradação do catalisador. Tais desafios limitaram o uso de tecnologias de reforma do diesel até o momento.

A equipe colaborativa de pesquisa desenvolveu com sucesso um catalisador de reforma de diesel altamente ativo e durável por meio de eluição (um método de tratamento térmico usado para crescer uniformemente metais ativos retidos em um suporte de óxido como íons na forma de nanopartículas de metal), formando nanopartículas de liga. O projeto foi baseado no fato de que as nanopartículas eluídas interagem fortemente com o suporte, permitindo um alto grau de dispersão em altas temperaturas, e que a produção de uma liga a partir de metais diferentes pode aumentar o desempenho dos catalisadores através de um efeito sinérgico.

A equipe de pesquisa introduziu um método de síntese para produzir um catalisador multicomponente com uma pequena quantidade de platina (Pt) e rutênio (Ru) penetrada em uma rede de céria (CeO2), que é uma estrutura comumente usada como suporte para catalisadores em reações redox. Quando exposto a um ambiente de reação de reforma de diesel, o catalisador induz a formação de nanopartículas de liga Pt-Ru após eluição de Pt e Ru na superfície de suporte.

Além da análise do catalisador, a equipe de pesquisa também conseguiu caracterizar o comportamento da eluição metálica ativa e formação de ligas de uma perspectiva energética usando um cálculo baseado na teoria do funcional da densidade. Em um teste de comparação de desempenho entre o catalisador de liga Pt-Ru contra catalisadores de metal único existentes, a atividade de reforma mostrou ter melhorado, pois mostrou uma taxa de conversão de combustível de 100% mesmo em baixa temperatura (600^oC, comparado aos 800^oC originais ). Em um teste de durabilidade de longo prazo (800^oC, 200 horas), o catalisador mostrou estabilidade comercial ao produzir com sucesso hidrogênio a partir de diesel comercial sem degradação de desempenho.

O estudo foi conduzido por Jaemyung Lee, doutorando do Departamento de Engenharia Mecânica do KAIST como o primeiro autor. A pesquisa foi publicada na versão online da revista científica Applied Catalysis B: Environmental.

“O fato de o hidrogênio poder ser produzido de forma estável a partir de diesel comercial torna isso uma conquista muito significativa, e esperamos que essa tecnologia contribua para a introdução ativa de sistemas de células a combustível móveis na economia inicial do hidrogênio. Nossa abordagem ao design de catalisadores pode ser aplicada não apenas às reações de reforma, mas também em vários outros campos”, concluiu o professor Joongmyeon Bae.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul (em inglês).

Fonte: KAIST.